次年仲春，宋太祖又派曹彬、黨進各率部先攻北漢，仍以李繼勳為河東行營前軍都擺設，趙匡胤隨後親征督戰。北漢派劉繼業、馮進琦仍屯團柏穀以抗宋軍，派陳廷山率數百騎停止窺伺，正遇李繼勳所部前軍，陳廷山即率部投降，劉繼業等退回太原後即被罷軍職。李繼勳率部再次進抵太原城下，遼賀北漢劉繼元即位的使臣韓知璠也於此時達到太原，並幫手北漢保衛太原，隨即又向遼求援。趙匡胤在得知李繼勳等已兵抵太原，遂從潞州達到太原城下，並命令征集四周民伕，築連城圍攻太原，又接管陳承昭建議，在汾河上築壩蓄水籌辦以水灌城。李繼勳率宋軍主力於太原城南，黨進、趙讚、曹彬分率所部於城東、西、北三麵，圍攻太原。四月，遼分兵兩路南下救濟北漢，西路軍經石嶺關（今忻州南）南下，東路遼軍經定州西境進援太原，都彆離為宋軍擊敗。蒲月，宋軍又引汾河水灌太原城，但北漢仍死守不降，進入閏蒲月，夏雨連綴，宋軍多病，遼再派救兵前來。趙匡胤在采取李光讚建議“屯兵上黨，使夏取其麥，秋取其禾”；薛化光建議的“起其部內（北漢）人戶”遷於宋境內，以減弱北漢經濟及人力的政策後退兵。李繼勳於次年移鎮天雄軍節度使。宋太宗即位後，李繼勳的使相銜升為侍中。